6.8. Высокочастотные диэлектрические нагреватели

Во внутреннем электрическом поле, создаваемом пластинами конденсатора, диэлектрики - вещества, не обладающие элек­трической проводимостью, подвергаются различной поляриза­ции: происходит смещение их валентных электронов, дипольных молекул и ядер молекул.

При переменном электрическом поле через конденсатор про­ходит электрический ток, поляризация диэлектрика непрерывно начинает меняться и тем чаще, чем больше частота переменного тока. Частицы вещества ориентируются в изменяющемся элек­трическом поле, между ними возникают своеобразные "силы трения". На преодоление этих сил расходуется энергия, вызы­вающая нагрев диэлектрика. Количество выделившейся энергии в форме теплоты зависит от частоты изменения электрического поля, его напряженности и от свойств диэлектрика. С ростом частоты возрастают скорости поворота диполей и сопротивление Движению диполей, т. е. как бы возрастает "трение" между ни­ми. При некоторой частоте диполи уже не успевают ориентиро­ваться в быстро меняющемся электрическом поле, "силы трения" падают и выделяющаяся энергия уменьшается. Таким об­разом, для каждого вещества-диэлектрика существует своя частота максимального выделения энергии в форме теплоты.

Лабораторные высокочастотные диэлектрические нагреватели (Рис. 135) включают ламповые генераторы с колебательной мощностью 1 - 10 кВт и частотой тока 40 - 80 МГц. Напряженность электрического поля не должна превышать определенного значения, иначе произойдет электрический пробой конденсатора. У большинства органических веществ значение пробивного напряжения составляет (10 - 30) 10³ кВ/м.

Рис. 125. Устройство высокочастотных диэлектрических нагревателей с вра­щающимся тиглем (а)

и с пластинкой конденсатора (б)

У печи типа а (см. рис. 125) конденсатор 1 состоящий из двух полусфер, встроен в анодный колебательный контур гене­ратора. Пластины конденсатора могут сближаться и удаляться друг от друга. Тигель 2 между пластинами во время нагревания вращают при помощи платформы 3 для увеличения равномер­ного нагрева вещества 4.

В нагревателе типа б верхняя высокопотенциальная пластина конденсатора 1 перфорирована для свободного выхода газов и паров воды, выделяющихся из нагреваемого вещества 4. Плас­тина может вертикально перемещаться для изменения зазора между нею и веществом. Положение пластины, определяющее режим нагревания, устанавливают экспериментально. Нижняя пластина конденсатора 5 заземлена. Между пластинами нахо­дится теплоизоляционный цилиндр 6.

Возможен еще один вариант высокочастотного диэлектриче­ского нагрева: в тигель с веществом вводят высокопотенциаль­ный электрод-трубу, а металлический тигель (никель, платина). являющийся другой пластиной конденсатора, заземляют.

При нагревании диэлектрика токами высокой частоты зона с более высокой температурой находится в центре вещества и движение влаги и газов происходит из внутренней части к поверхности вещества, что благоприятствует высокотемпературной обработке материалов. Достоинствами высокочастотного нагрева являются также большая скорость нагревания, отсутствие местных перегревов и инерционного периода, возможность избирительного нагрева отдельных частей объема и удаления про­ектов разложения и влаги из порошков без появления жидкой лазы (явление электроосмоса в поле высокой частоты).